家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(共30頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越來(lái)越重視,液化氣、煤氣進(jìn)入家庭的使用為人們帶來(lái)了方便,也改善了城市的環(huán)境,但同時(shí)也給人們帶來(lái)了潛在的危險(xiǎn),其中一氧化碳是最主要的危險(xiǎn)源。一氧化碳是一種無(wú)色無(wú)味同時(shí)這些氣體燃料在使用中，若管道和閥門密封不好，它們泄露出去，輕者引起中毒，重者造成火災(zāi)，危及人們的生命財(cái)產(chǎn)。由于這些原因，對(duì)于氣體的檢測(cè)與控制就變得很重要了，研究各種氣體的檢測(cè)方法與氣體傳感器也隨之成為一個(gè)重要課題。本論文主要實(shí)現(xiàn)管道煤氣泄露的測(cè)量與報(bào)警，系統(tǒng)主要以半導(dǎo)體氣體傳感器為研究對(duì)象，以單片機(jī)為核心構(gòu)成一個(gè)具備數(shù)據(jù)采集、對(duì)象控制、

2、結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)通信等功能的完整系統(tǒng)。通過(guò)虛擬儀器Lab VIEW進(jìn)行控制之后，再通過(guò)計(jì)算機(jī)I/O接口輸出;輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，分別控制報(bào)警燈、蜂鳴器及切斷電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣泄露事故的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制;程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)。關(guān)鍵詞：氣體傳感器，單片機(jī)，數(shù)據(jù)采集，Lab VIEW目錄第一章緒論11.1論文研究來(lái)源、目的和意義11.1.1 論文研究來(lái)源21.1.2 論文研究目的和意義21.2可燃性氣體報(bào)警器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀31.3本論文主要任務(wù)3第二章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試總體設(shè)計(jì)42.1設(shè)計(jì)要求52.1.1煤氣泄露測(cè)試的功能52.1.2煤氣泄露測(cè)試系統(tǒng)框圖52.1.2煤氣泄露測(cè)試的各個(gè)功能模塊62.2設(shè)

3、計(jì)原理72.2.1氣體傳感器介紹72.2.2氣體傳感器的選定72.3數(shù)據(jù)處理82.3.1傳感器非線性信號(hào)處理92.3.2數(shù)字濾波處理9第三章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試硬件設(shè)計(jì)93.1溫度補(bǔ)償電路113.1.1 OP07低噪聲高精度運(yùn)算放大器113.1.2溫度補(bǔ)償123.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809123.2.1 ADC0809的介紹123.2.2引腳功能133.2.3主要特性143.3單片機(jī)AT89C51的概述153.3.1 AT89C51簡(jiǎn)介153.3.2主要性能參數(shù)153.3.3管腳說(shuō)明163.4 聲光報(bào)警與LED顯示193.4.1聲光報(bào)警單元193.4.2 LED顯示203.5排氣扇控制系統(tǒng)與切斷

4、閥213.5.1光電隔離器213.5.2繼電器選擇223.5.3光電隔離電路23第四章接口總線224.1 RS-232接口總線22結(jié)論24謝 辭25參考文獻(xiàn)26專心-專注-專業(yè)第一章 緒論1.1論文研究來(lái)源、目的和意義1.1.1 論文研究來(lái)源隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的可燃性氣體作為能源應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中。但是可燃性氣體在給我們帶來(lái)極大便利的同時(shí)，也存在巨大隱患?？扇夹詺怏w發(fā)生泄漏達(dá)到爆炸極限后，一旦有火源作用，便會(huì)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)＜吧踩?。為了減少這類事故的發(fā)生，就必須對(duì)這些可燃性氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用先進(jìn)可靠的安全檢測(cè)儀表，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中

5、可燃性氣體的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。因此，研究可燃性氣體的檢測(cè)方法與研制可燃性氣體報(bào)警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。1.1.2 論文研究目的和意義可燃性氣體通常指城市煤氣、石油液化氣、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然氣以及煤礦瓦斯等1。這些氣體主要含有烷類、烴類、烯類、醇類、苯類以及一氧化碳和氫氣等成分，易燃、易爆、貯存和使用這些氣體的過(guò)程中，如違反操作規(guī)程和設(shè)備密封不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏現(xiàn)象，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失?？扇夹詺怏w檢測(cè)報(bào)警裝置是能夠檢測(cè)環(huán)境中的可燃性氣體濃度并具有報(bào)警功能的儀器

6、。該報(bào)警裝置是石油化學(xué)工業(yè)、有可燃性氣體泄漏可能的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備的儀器。可燃性氣體報(bào)警器屬于中華人民共和國(guó)強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具目錄中第46項(xiàng)，它歸類于物理化學(xué)計(jì)量器具。建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GBJ16-87)第10.3.2條明確規(guī)定:“散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的甲類廠房和場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置可燃性氣體濃度檢測(cè)報(bào)警裝置”。2003年12月，國(guó)家執(zhí)行新的可燃性氣體探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)(GB15322-2003)可燃?xì)怏w探測(cè)器，2004年10月國(guó)家頒布可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器規(guī)程JJG693-2004，研究新型、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體，并合乎國(guó)家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警器具有極其重要得意義。目前我國(guó)已有許多城市鋪設(shè)了煤

7、氣管道，使用人口約達(dá)二億人，煤氣發(fā)生基地及中轉(zhuǎn)站也達(dá)幾千家。如果這些家用燃?xì)夂兔簹饣丶爸修D(zhuǎn)站的報(bào)警率按10%計(jì)算，可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的需求量就達(dá)2000萬(wàn)臺(tái)以上。隨著全社會(huì)對(duì)防火防爆及人身安全的重視程度的提高，這個(gè)數(shù)字會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。近十年來(lái)，農(nóng)村的沼氣使用也得到了極大的發(fā)展。到2006年底，全國(guó)沼氣池?cái)?shù)量已達(dá)近1300萬(wàn)座，這就為檢測(cè)沼氣（主要成分是甲烷）濃度的儀器提供了市場(chǎng)。可見，可燃性氣體報(bào)警器具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。1.2可燃性氣體報(bào)警器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)外從20世紀(jì)30年代開始研究及開發(fā)氣體傳感器，且發(fā)展迅速，一方面是因?yàn)槿藗儼踩庾R(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全性和生活舒適性要求提高；另一方面是因?yàn)?/p>

8、傳感器市場(chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)1996年2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為27%30%。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得氣體檢測(cè)儀器的體積也逐漸變小，提高了氣體檢測(cè)儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場(chǎng)推廣。1963年5月，日本開發(fā)完成第一臺(tái)接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，次年12月其改良產(chǎn)品問(wèn)世，改良的報(bào)警器可以檢測(cè)燃?xì)?、一氧化碳等氣體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。我國(guó)在70年代初期開始研制可燃性氣體報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要

9、是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開發(fā)形成自己的特色。近年來(lái)，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步。燃?xì)鈭?bào)警器可分為民用可燃?xì)怏w報(bào)警器、工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器、有毒有害氣體報(bào)警器三大系列產(chǎn)品。(1)民用可燃?xì)怏w報(bào)警器民用可燃?xì)怏w報(bào)警器為居民家庭用的燃?xì)鈭?bào)警器,一般安裝在廚房，遇燃?xì)庑孤r(shí)，報(bào)警器可發(fā)出聲光報(bào)警，或同時(shí)伴有數(shù)字顯示，同時(shí)聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備。有的報(bào)警器可自動(dòng)開啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝?；有的?bào)警器在報(bào)警時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)忾y門，以防燃?xì)饫^續(xù)泄漏。(2)工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器及有毒有害氣體報(bào)警器工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器及有毒有害氣體報(bào)警器只是檢測(cè)探頭有差異，而在原理和

10、應(yīng)用中都很相近。工業(yè)用燃?xì)鈭?bào)警器及有毒氣體報(bào)警器根據(jù)檢測(cè)環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測(cè)器。檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應(yīng)用于燃?xì)夤芾淼牟槁┡c巡檢。若有燃?xì)庑孤?，檢漏儀便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)數(shù)字顯示氣體濃度，以便及時(shí)采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生。控制器與探測(cè)器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)氣體的濃度。探測(cè)器安裝在防爆現(xiàn)場(chǎng)，控器壁掛在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器探測(cè)到燃?xì)庑孤┲螅ㄟ^(guò)屏蔽電纜線將信號(hào)傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。此種儀器廣泛應(yīng)用于液化氣站、汽車加氣站、鍋爐房等工

11、業(yè)場(chǎng)所。1.3本論文主要任務(wù)本篇論文是煤氣泄漏自動(dòng)檢測(cè)的研制，主要針對(duì)CO氣體，主要實(shí)現(xiàn)家庭煤氣檢測(cè)的檢測(cè)與報(bào)警。數(shù)據(jù)采集模塊利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)氣體濃度實(shí)時(shí)采集、電路狀態(tài)信號(hào)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理；數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)I/O接口為計(jì)算機(jī)與外部數(shù)據(jù)連接的硬件支持。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，在LabVIEW平臺(tái)上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序、報(bào)警子程序輸出報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)I/O接口輸出;輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，分別控制報(bào)警燈、蜂鳴器及切斷電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣泄露事故的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制。 第2章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求2.1.1煤氣泄露測(cè)試的功能在本設(shè)計(jì)中，煤氣泄露測(cè)試裝置的主要功能就

12、是快速準(zhǔn)確的檢測(cè)被測(cè)氣體中有害氣體的含量（主要是CO氣體），通過(guò)LED顯示屏將CO氣體濃度顯示出來(lái)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定門限值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，為了提高實(shí)用性系統(tǒng)還應(yīng)該具備人機(jī)交互界面、與計(jì)算機(jī)通信端口。為了實(shí)現(xiàn)以上功能：系統(tǒng)應(yīng)該具備氣體傳感器、數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、LED數(shù)碼顯示、輸入鍵盤、聲光報(bào)警單元、光電隔離技術(shù)和切斷閥、RS-232通信模塊。2.1.2煤氣泄露測(cè)試系統(tǒng)框圖 圖2-1系統(tǒng)框圖系統(tǒng)工作流程為:由裝在室內(nèi)的CO傳感器獲得被測(cè)量對(duì)象(室內(nèi)CO濃度)原始信號(hào),經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和取樣放大得到矯正后的可匹配信號(hào)，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換,得到被測(cè)對(duì)象的數(shù)字量信號(hào),再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得

13、到最終的室內(nèi)環(huán)境CO濃度值,將此數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)碼管顯示并保存,同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的限值參數(shù)判斷環(huán)境濃度是否超標(biāo),如果超標(biāo)立即向光隔離接口輸出控制信號(hào),通過(guò)繼電器打開排氣扇, 如果超出下限值，切斷閥關(guān)閉，并開始進(jìn)入危險(xiǎn)期計(jì)時(shí),如果發(fā)現(xiàn)環(huán)境中一氧化碳濃度長(zhǎng)時(shí)間處于危險(xiǎn)狀態(tài),則有可能排氣扇未能打開,或者房間發(fā)生嚴(yán)重CO泄露事故,此時(shí)啟動(dòng)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示,提示室內(nèi)人員打開門窗、關(guān)閉氣源并迅速撤離事故現(xiàn)場(chǎng)。如果系統(tǒng)接有上位機(jī)工作的話,可通過(guò)通信接口對(duì)單片機(jī)組成的下位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,并可定時(shí)地從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀取以前測(cè)量的數(shù)據(jù)值,進(jìn)行二次處理加工或存入數(shù)據(jù)庫(kù)永久保存。具體技術(shù)指標(biāo)如下：應(yīng)用范圍：工業(yè)生

14、產(chǎn)和人民生活中的CO檢測(cè)；檢測(cè)對(duì)象：CO及他們的混合氣體；檢測(cè)范圍：CO:01000ppm；檢測(cè)精度：CO優(yōu)于20ppm；報(bào)警濃度：100ppm300ppm響應(yīng)時(shí)間：30ms；電池電壓：+12V；工作溫度范圍：-20+70；工作濕度范圍：1095%RH。2.1.2煤氣泄露測(cè)試的各個(gè)功能模塊在本設(shè)計(jì)中，煤氣泄露測(cè)試裝置的主要功能就是快速準(zhǔn)確的檢測(cè)被測(cè)氣體中有害氣體的含量（主要是CO氣體），通過(guò)LED顯示屏將CO氣體濃度顯示出來(lái)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定門限值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，為了提高實(shí)用性系統(tǒng)還應(yīng)該具備人機(jī)交互界面、與計(jì)算機(jī)通信端口。為了實(shí)現(xiàn)以上功能：系統(tǒng)應(yīng)該具備氣體傳感器、數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換電路、單

15、片機(jī)、LED數(shù)碼顯示、聲光報(bào)警單元、光電隔離技術(shù)和切斷閥、RS-232通信模塊。2.2設(shè)計(jì)原理2.2.1氣體傳感器介紹1. 氣體傳感器是氣體與氣味檢測(cè)的關(guān)鍵元件。根據(jù)其氣敏特性，氣體傳感器可以分為六大類：(1) 半導(dǎo)體氣體傳感器。(2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器。(3) 接觸感染式氣體傳感器。(4) 電化學(xué)式氣體傳感器。(5) 光學(xué)式氣體傳感器。(6) 高分子氣體傳感器。2. 氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件一個(gè)氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的氣體傳感器都必須具備以下條件：(1) 能選擇性地檢測(cè)某種單一氣體，而對(duì)共

16、存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)。(2) 對(duì)被測(cè)氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的氣體濃度。(3) 對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。(4) 長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好。(5) 使用壽命長(zhǎng)。(6) 制造成本低，使用與維護(hù)方便。2.2.2氣體傳感器的選定氣體傳感器是本系統(tǒng)檢測(cè)的起點(diǎn)也是系統(tǒng)的核心和重點(diǎn)，選擇合適的傳感器成為決定系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。CO氣體傳感器屬于氣敏傳感器，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。傳感器作為煤氣泄露測(cè)試裝置報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。由于監(jiān)控系統(tǒng)最關(guān)鍵的

17、部分在于室內(nèi)一氧化碳?xì)怏w濃度的檢測(cè),本系統(tǒng)考慮到室內(nèi)空氣中一氧化碳含量的大致范圍,結(jié)合國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)(GB30951996)規(guī)定的一氧化碳分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),我們選用了Motorola生產(chǎn)的一種專門用于家庭用途的MGS1100型一氧化碳?xì)怏w傳感器, MGS1100一氧化碳傳感器是一種應(yīng)用全微電子工藝制成的半導(dǎo)體氣體傳感器，作為CO敏感元件，對(duì)CO響應(yīng)的選擇性好，并具有靈敏度高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)在信號(hào)采集的同時(shí)加以溫度補(bǔ)償。它是在微型硅橋結(jié)構(gòu)中嵌入的加熱器上制作一層SnO2薄膜,這種結(jié)構(gòu)不僅使得SnO2薄膜對(duì)CO氣體在很寬的溫度范圍內(nèi)具有敏感性,而且硅膜減少熱傳導(dǎo)的熱損失,從而大大降低了功耗。圖2-2傳

18、感器管腳與基本測(cè)量電路圖其中2、4端為加熱器的電源接線端,1、3為傳感器輸出端,其工作原理是把傳感器置于CO氣體環(huán)中,SnO2薄膜層的電阻會(huì)隨著CO濃度的變化而變化,CO濃度越大,SnO2薄膜層阻值越小。圖22（b）為取得傳感器輸出信號(hào)的基本電路圖,Vh為加熱電壓,傳感器電阻RS與負(fù)載電阻RL串聯(lián)接到工作電壓VCC兩端, 由此可得關(guān)系:VRL=RL·VCC/（RL+RS）傳感器阻值RS隨著CO濃度的增大而減小時(shí),輸出負(fù)載電壓VRL逐漸變大,所以通過(guò)測(cè)量負(fù)載電壓即可反應(yīng)出被測(cè)對(duì)象的CO濃度。MGS1100型一氧化碳?xì)怏w傳感器的特點(diǎn)：測(cè)量濃度范圍為0-1000PPM，測(cè)量精度為3%，分辨

19、率為1PPM，工作溫度-2070°，零點(diǎn)漂移為PPM<10。2.3數(shù)據(jù)處理2.3.1傳感器非線性信號(hào)處理人們使用傳感器時(shí)總希望傳感器的輸出量和它所測(cè)量的輸入量呈線性關(guān)系,但由于傳感器內(nèi)部因素和測(cè)量誤差等原因,傳感器的輸入輸出特性在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)往往不是嚴(yán)格的直線關(guān)系。在本系統(tǒng)中測(cè)量得到的是經(jīng)傳感器和采集電路變換的電壓信號(hào),為了真實(shí)地反映被測(cè)量的CO濃度值,需要將根據(jù)系統(tǒng)特性在測(cè)量范圍內(nèi)將環(huán)境濃度與采集電壓之間的關(guān)系作一個(gè)誤差盡可能小的標(biāo)定,依據(jù)此標(biāo)定關(guān)系,將測(cè)量得到的電壓信號(hào)真實(shí)地轉(zhuǎn)化成被測(cè)環(huán)境的CO濃度值。本系統(tǒng)采用的是分段插值法來(lái)對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值和目標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)定的。2.3.2數(shù)

20、字濾波處理數(shù)字濾波的方法有很多種,可以根據(jù)不同的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行選擇。下面介紹幾種常用得數(shù)字濾波法：1. 程序判斷濾波2. 中值濾波3. 算術(shù)平均值濾波4. 滑動(dòng)平均濾波5. RC低通數(shù)字濾波6. 加權(quán)平均值濾波本文采用的是中值濾波法,下面主要介紹中值濾波法：所謂中值濾波是對(duì)某一參數(shù)連續(xù)采樣N次(一般N取奇數(shù)),然后把N次的采樣值從小到大(或從大到小)排隊(duì),再取中間值作為本次采樣值中值濾波對(duì)于去掉偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效.若變量變化比較緩慢,則采用中值濾波效果比較好,但對(duì)快速變化的參數(shù),如流量,則不宜使用。中值濾波程序設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是:首先把N個(gè)采樣值從小到

21、大(或從大到小)進(jìn)行排隊(duì),然后再取中間值。N個(gè)數(shù)據(jù)按大小排序的具體做法是兩兩進(jìn)行比較,設(shè)R0為存放數(shù)據(jù)區(qū)首地址,先將(R0)與(R0)+1)進(jìn)行比較,若(R0)<(R0)+1),則不交換存放位置,否則將兩數(shù)位置對(duì)調(diào)。繼而再取(R0)+1)與(R0)+2)比較,判斷方法同前,直到最大數(shù)沉底為止。然后再重新進(jìn)行比較,把次大值放在N-1位上如此做下去,則可將N個(gè)數(shù)從小到大順序排列。第3章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試硬件設(shè)計(jì)3.1溫度補(bǔ)償電路3.1.1 OP07低噪聲高精度運(yùn)算放大器OP07高精度運(yùn)算放大器具有極低的輸入失調(diào)電壓，極低的失調(diào)電壓溫漂，非常低的輸入噪聲電壓幅度及長(zhǎng)期穩(wěn)定等特點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定

22、積分、精密絕對(duì)值電路、比較器及微弱信號(hào)的精確放大，尤其適應(yīng)于宇航、軍工及要求微型化、高可靠的精密儀器儀表中。特點(diǎn)是失調(diào)電壓為10v，失調(diào)電壓溫度系數(shù)為0.2v/，長(zhǎng)期穩(wěn)定度為0.2v/月，無(wú)需調(diào)零，無(wú)需外補(bǔ)償和外接保護(hù)元件。 最顯著的特點(diǎn)是：1. 該器件具有優(yōu)異的抗靜電能力，靜電損傷閾值電壓大于4000V（普通OP07的靜電損傷閾值電壓約為700-1000V）。2. 由于增加了保護(hù)電路，改善了器件的抗電浪涌性能。3. 具有更低的輸入失調(diào)電壓，典型值約為幾個(gè)微伏。4. 兩個(gè)運(yùn)算放大器的參數(shù)一致性好。 5. 采用A型外殼封裝(表貼形式),外形尺寸為10.3mm7.9mm,小于兩個(gè)單片OP-07運(yùn)算

23、放大器的體積,節(jié)約了安裝空間。 6. 管腳功能排列標(biāo)準(zhǔn)化,與OPA2277、OP727管腳功能排列相同。 主要應(yīng)用于電子系統(tǒng)前置放大、誤差放大、直流信號(hào)放大、直接耦合放大、儀表放大器、雙路匹配放大等要求高精度、低漂移、高可靠及抗靜電等信號(hào)處理的場(chǎng)合。2.特點(diǎn)(1) 低的輸入噪聲電壓幅度0.35 VP-P (0.1Hz 10Hz)(2) 極低的輸入失調(diào)電壓10 V(3) 極低的輸入失調(diào)電壓溫漂0.2 V/ (4) 具有長(zhǎng)期的穩(wěn)定性0.2 V/月(5) 低的輸入偏置電流± 1nA(6) 高的共模抑制比126dB(7) 寬的共模輸入電壓范圍±14V(8) 寬的電源電壓范圍

24、7; 3V ± 22V(9) 可替代725、108A、741、AD510 等電路3.1.2溫度補(bǔ)償如圖3-1所示為溫度補(bǔ)償電路圖3-1溫度補(bǔ)償電路3.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC08093.2.1 ADC0809的介紹ADC0809具有8個(gè)通道的模擬輸入線(IN0IN7)，可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，獲得8位二進(jìn)制數(shù)字量(D7D0)。模擬輸入部分有8路多路開關(guān)，可由3位地址輸入ADDA、ADDB、ADDC的不同組合來(lái)選擇，ALE為地址鎖存信號(hào)，高電平有效，鎖存這三條地址輸入信號(hào)。主體部分是采用逐次逼近式的A/D轉(zhuǎn)換電路，由CLK控制的內(nèi)部電路的工作,START為啟動(dòng)命令，高電平有

25、效，啟動(dòng)ADC0809內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換，當(dāng)轉(zhuǎn)換完成，輸出信號(hào)EOC有效，OE為輸出允許信號(hào)，高電平有效，打開輸出三態(tài)緩沖器,把轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送DB。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器，它由8路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8位開關(guān)樹型DA轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器、三態(tài)輸出鎖存器等其它一些電路組成。因此，ADC0809可處理8路模擬量輸入，且有三態(tài)輸出能力，既可與各種微處理器相連，也可單獨(dú)工作。輸入輸出與TTL兼容。3.2.2引腳功能ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，下面說(shuō)明各引腳功能。 IN0IN7：8路模擬量輸入端。D0D7：8位數(shù)字量輸出端。ADDA、A

26、DDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存選通信號(hào)，輸入高電平有效。 START： AD轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入高電平有效。 EOC： AD轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。 OE：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入高電平有效。當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于640KHZ。REF（+）、REF（-）：基準(zhǔn)電壓輸入端,它們決定了輸入模擬電壓的最大值和最小值. VCC：電源，接5V。GND:接地。圖3-2 ADC0809管腳圖3.2.3主要特性 1. 8路8

27、位AD轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位2. 具有轉(zhuǎn)換起停控制端3. 轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s4. 單個(gè)5V電源供電5. 模擬輸入電壓范圍05V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)6. 工作溫度范圍為-4085攝氏度7. 低功耗，約15mWADC0809的工作過(guò)程是：當(dāng)模擬量送至某一輸入通道IN0后，CPU將標(biāo)識(shí)該通道編碼的三位地址信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)線或地址線輸入到ADDC、ADDB、ADDA引腳上。然后輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng) AD轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到AD轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換開始,EOC變?yōu)楦唠娖?，指示AD轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入

28、鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。轉(zhuǎn)換結(jié)束,OE輸入高電平，EOC可作為中斷請(qǐng)求信號(hào), 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，可通過(guò)執(zhí)行IN指令，設(shè)法在輸出允許OE腳上形成一個(gè)正脈沖，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。3.3單片機(jī)AT89C51的概述3.3.1 AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C51是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該

29、器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C51是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C51單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。3.3.2主要性能參數(shù)·與MCS-51 兼容 ·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM·32可編程

30、I/O線·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·5個(gè)中斷源 ·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 功能特性概述：AT89C51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4K字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM,32個(gè)I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)器，一個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷機(jī)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89C51可降至0HZ的靜輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式，空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，串行通信中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬

31、件復(fù)位。3.3.3管腳說(shuō)明VCC：供電電壓,接+5V電源正端。VSS：接地, 接+5V電源地端。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLA

32、SH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。 P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收

33、輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。P3口除了做一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能表3-1 P3口第二功能引腳備選功能P3.0P3.1P3.2P3.3P3.4P3.5P3.6P3.7RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）/INT0（外部中斷0）/INT1（外部中斷1）T0（記時(shí)器0外部輸入）T1（記時(shí)器1外部輸入）/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要

34、保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，

35、每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。圖3-3 AT89C51管腳圖/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。時(shí)鐘振蕩器：AT89C51中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是該放大器

36、的輸入端，這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷振蕩器一起構(gòu)成自激振蕩器。用戶還可以采用外部時(shí)鐘，在這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。3.4 聲光報(bào)警與LED顯示3.4.1聲光報(bào)警單元作為煤氣泄露測(cè)試裝置，聲光報(bào)警部分不可缺少，當(dāng)檢測(cè)到CO氣體在空氣中的所占的比例超標(biāo)時(shí)，就應(yīng)該通過(guò)聲光方式發(fā)出警報(bào)，防止由于CO氣體含量過(guò)高而發(fā)生的意外事故。本設(shè)計(jì)中的聲光報(bào)警部分包括蜂鳴器以及紅、黃、綠三個(gè)LED報(bào)警指示燈。聲光報(bào)警表現(xiàn)形式如下：

37、()綠色燈點(diǎn)亮表示傳感器檢測(cè)到CO氣體，但沒(méi)達(dá)到下限值，一切正常，此時(shí)紅色和黃色熄滅，蜂鳴器不發(fā)聲；(2)黃色燈點(diǎn)亮表示傳感器檢測(cè)到CO氣體濃度超過(guò)下限值，但沒(méi)有達(dá)到報(bào)警值，此時(shí)紅色燈和綠色燈熄滅，蜂鳴器不發(fā)聲；(3)紅色燈點(diǎn)亮?xí)r表示被測(cè)得CO氣體含量已經(jīng)達(dá)到報(bào)警值，此時(shí)黃色和綠色燈熄滅，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，通知用戶；單片機(jī)本身I/O的驅(qū)動(dòng)能力不是很高，所以對(duì)蜂鳴器的驅(qū)動(dòng)需要加入一個(gè)PNP三極管，這樣能夠使蜂鳴器的聲音更加響亮，起到更好的報(bào)警作用。三極管基極的電路保證了只有在單片機(jī)輸出低電平時(shí)，蜂鳴器才會(huì)發(fā)聲，避免了誤報(bào)警的發(fā)生。聲光報(bào)警單元與單片機(jī)的連接圖如下：圖3-4聲光報(bào)警電路3.4.2 L

38、ED顯示LED數(shù)碼顯示器是一種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個(gè)LED發(fā)光二極管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)，故稱之為7段發(fā)光二極管數(shù)碼顯示器。驅(qū)動(dòng)LED的時(shí)候，應(yīng)該分二種情況比如用共陽(yáng)接法和共陰接法，共陽(yáng)的時(shí)候LED正端接正電源，負(fù)端通過(guò)一個(gè)限流電阻接P口，這時(shí)不用接上拉電阻，只要這個(gè)限流電阻取合適就可以了發(fā)光管亮的時(shí)候電流就是從電源正LED限流電阻P口，P口為低電位發(fā)光管滅的時(shí)候沒(méi)有電流流過(guò)，P口為高電位或高阻狀態(tài)共陰接法，LED負(fù)端接地，正端直接P口，這時(shí)候要接上拉電阻，這個(gè)上拉電阻是提供LED發(fā)光用的，發(fā)光管亮的時(shí)候電流是從電源正上拉電阻LED 地。這

39、時(shí)上拉電阻也是限流用的。P口為高電位或高阻狀態(tài)發(fā)光管暗的時(shí)候電流是從電源正上拉電阻P口，這時(shí)LED無(wú)電流流過(guò)，P口為低電位，限流電阻上流過(guò)電流全部從P口流入。 要從單片機(jī)的輸出驅(qū)動(dòng)能力開始講起。單片機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)分為高電平驅(qū)動(dòng)和低電平驅(qū)動(dòng)兩種方式，所謂高電平驅(qū)動(dòng)，就是端口輸出高電平時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力，所謂低電平驅(qū)動(dòng)，就是端口輸出低電平時(shí)的驅(qū)動(dòng)能力，當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，其驅(qū)動(dòng)能力實(shí)際上是靠端口的上拉電阻來(lái)驅(qū)動(dòng)的，實(shí)際測(cè)試表明，51單片機(jī)的上拉電阻的阻值在 330K左右，也就是說(shuō)如果靠高電平驅(qū)動(dòng)，本質(zhì)上就是靠330K的上拉電阻來(lái)提供電流的，當(dāng)然該電流是非常小的，小的甚至連發(fā)光二極管也難以點(diǎn)亮，如果要保證L

40、ED正常發(fā)光，必須要外接一個(gè)1K左右的上拉電阻，如果是一個(gè)led還好，要是10個(gè)、20個(gè)led的話，就要接10個(gè)、20個(gè)1K的上拉電阻，接電阻的本身是可以的，問(wèn)題是接了上拉電阻以后，每當(dāng)端口變?yōu)榈碗娖?的時(shí)候，那么就有10個(gè)、20個(gè)上拉電阻被無(wú)用的導(dǎo)通，假設(shè)每個(gè)電阻的電流為5mA計(jì)算，20個(gè)電阻就是100mA，這將造成電源效率的嚴(yán)重下降，導(dǎo)致發(fā)熱，紋波增大，以至于造成單片機(jī)工作不穩(wěn)，因此很少有采用高電平直接驅(qū)動(dòng)led的，高電平驅(qū)動(dòng)led 實(shí)際上就是共陰。低電平驅(qū)動(dòng)就不同了，端口為低電平0時(shí)，端口內(nèi)部的開關(guān)管導(dǎo)通，可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)30多毫安的驅(qū)動(dòng)電流，可以直接驅(qū)動(dòng)led等負(fù)載，當(dāng)端口為低電平0時(shí)，盡

41、管內(nèi)部的上拉電阻也是消耗電流的，但是由于內(nèi)部的上拉電阻很大，有330K，因此消耗電流極小，基本上不會(huì)影響電源效率，不會(huì)造成無(wú)用功的大量消耗，因此51單片機(jī)是不能用高電平直接驅(qū)動(dòng)led的，只能用地電平直接驅(qū)動(dòng)led，即只能用共陽(yáng)數(shù)碼管，而不能直接用共陰數(shù)碼管本設(shè)計(jì)通過(guò)觀察LED數(shù)碼顯示器顯示CO濃度值，判斷CO濃度值是否超過(guò)上限值，如果超過(guò)，自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)打開排氣扇，使CO濃度降低。如果超過(guò)下限值，切斷閥閉合，以便達(dá)到正常狀態(tài)。3.5排氣扇控制系統(tǒng)與切斷閥3.5.1光電隔離器在開關(guān)量控制中，最常用的器件是光電隔離器。光電隔離器的種類繁多，常用的有發(fā)光二極管/光敏三極管，發(fā)光二極管/光敏復(fù)合晶體管

42、，發(fā)光二極管/光敏電阻，以及發(fā)光二極管/光觸可控硅等。光電隔離器有GaAs紅外線二極管和光敏三極管組成。當(dāng)發(fā)光二極管正向電流通過(guò)時(shí)，即產(chǎn)生人眼看不見的紅外光，其光譜范圍為7001000nm。光敏三極管接收光照以后便導(dǎo)通。而當(dāng)該電流撤去時(shí)，發(fā)光二極管熄滅，三極管隨即截止。利用這種特性即可達(dá)到開關(guān)控制的目的。由于該器件是通過(guò)電光電的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行控制的，彼此之間沒(méi)有電器連接，因而起到隔離作用。隔離電壓與光電隔離的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。雙列直插式塑料封裝形式的隔離電壓一般為2500v左右；陶瓷封裝形式的隔離電壓一般為500010000v。不同型號(hào)的光電隔離器輸入電流也不同，般為10mA左右。其 輸

43、出電流的大小將決定控制輸出外設(shè)的能力一般為10mA左右。其 輸出電流的大小將決定控制輸出外設(shè)的能力。3.5.2繼電器選擇繼電器是電氣控制中常用的控制器件。一般由通電線圈和觸點(diǎn)構(gòu)成。當(dāng)線圈通電時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用，使開關(guān)觸點(diǎn)閉合（或打開）。當(dāng)線圈不通電時(shí)，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開（或閉合）。一般線圈可以用直流低電壓控制；而觸點(diǎn)輸出部分可以直接與220V連接；有時(shí)繼電器也可以與低電器配合使用。繼電器有電磁繼電器，干簧管繼電器，固態(tài)繼電器（半導(dǎo)體繼電器）等1. 電磁繼電器2. 熱敏干簧繼電器3. 固態(tài)繼電器（SSR）本次設(shè)計(jì)采用固態(tài)繼電器下面對(duì)固態(tài)繼電器作一下詳細(xì)介紹：固態(tài)繼電器是一種兩個(gè)接線端為輸入端，另兩個(gè)

44、接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離。 固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。(1) 固態(tài)繼電器（SSR）是一種全電子電路組合的元件，它依靠半導(dǎo)體器件和電子元件的電磁和光特性來(lái)完成其隔離和繼電切換功能。固態(tài)繼電器與傳統(tǒng)的電磁繼電器相比，是一種沒(méi)有機(jī)械，不含運(yùn)動(dòng)零部件的繼電器，但具有與電磁繼電器本質(zhì)上相同的功能。(2) 固態(tài)繼電器的分類：按工作性質(zhì)分有直流輸入-交流輸出型，直流輸入-直流輸出型，交流輸入-交流輸出型，交流輸入-直流輸出型，按安裝方式有裝置式（面板

45、安裝），線路板安裝型。按元件分有普通型和增強(qiáng)型。 (3) 固態(tài)繼電器優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：多數(shù)產(chǎn)品具有零電壓導(dǎo)通，零電流關(guān)斷，與邏輯電路兼容（TTL、DTL、HTL）切換速度快、無(wú)噪音、耐腐蝕、抗干擾、壽命長(zhǎng)、體積小，能以微小的控制信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載等。 缺點(diǎn)：存在通態(tài)壓降，需要散熱措施，有輸出漏電流，交直流不能通用，觸點(diǎn)組數(shù)少，成本高。(4) 固態(tài)繼電器應(yīng)用領(lǐng)域： 由于固態(tài)繼電器的內(nèi)在特點(diǎn)，自問(wèn)世以來(lái)以進(jìn)入電磁繼電器的大多數(shù)領(lǐng)域，在少數(shù)領(lǐng)域以完全取而代之。(5) 基于上述介紹，固態(tài)繼電器不是直接接溫度控制器，溫控器僅是一個(gè)傳感元件，相應(yīng)的還得有電源和其它輔助電路。雖然繼電器本身有一定的隔離作用，

46、這里還是采用光電隔離器進(jìn)行隔離。3.5.3光電隔離電路光電隔離電路的作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號(hào),對(duì)輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離.因而能有效地抑制系統(tǒng)噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長(zhǎng)、體積小耐沖擊等好處，使其在強(qiáng)-弱電接口，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。圖3-5光電隔離技術(shù)電路如圖3-5所示，當(dāng)開關(guān)量P2.2輸出為高電平時(shí)，經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器7406變?yōu)榈碗娖剑拱l(fā)光二極管發(fā)光，從而使光敏三極管導(dǎo)通，進(jìn)而使晶體管8050導(dǎo)通，因而使繼電器J的線圈通電，繼電器觸點(diǎn)閉合，使220V電源接通，從而打開排氣扇，使CO濃度降低。反之，當(dāng)P2.2輸出低電平時(shí)，使S1

47、斷開。圖中所示電阻R1為限流電阻，二極管V的作用是保護(hù)晶體管8050。當(dāng)繼電器J吸合時(shí)，二極管V截止，不影響電路工作。繼電器釋放時(shí)，由于繼電器線圈存在電感，這時(shí)晶體管已經(jīng)截止，所以會(huì)在線圈的兩端產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓。此電壓的極性為上負(fù)下正，正端連在晶體管的集電極上。當(dāng)感應(yīng)電壓與VCC之和大于晶體管8050的集電極反向電壓時(shí)，晶體管有可能損壞。加入二極管V后，繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電流從二極管V流過(guò)，從而使晶體管8050得到保護(hù)。切斷閥控制電路與排氣扇裝置電路類似，只是將風(fēng)扇換成切斷閥，原理相似。第4章接口總線4.1 RS-232接口總線RS-232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)正式公布的，在異步串

48、行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線。該標(biāo)準(zhǔn)適用于DICE和DTE間的串行二進(jìn)制通信，最高數(shù)據(jù)傳送速率可達(dá)19.2Kbps，最長(zhǎng)傳送電纜可達(dá)15米。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)定義了25根引線，對(duì)于一般的雙向通信，只需使用串行輸入RXD，串行輸出TXD和地線GND。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平采用負(fù)邏輯，規(guī)定+3+15V之間的任意電平為邏輯“0”電平，-3-15V之間的任意電平為邏輯“1”電平，與TTL和CMOS電平是不同的。在接口電路和計(jì)算機(jī)接口芯片中大都為TTL或CMOS電平，所以在通信時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，以便與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電平匹配，MAX232芯片可以完成電平轉(zhuǎn)換這一工作。RS232C是一種電壓型總線

49、標(biāo)準(zhǔn)，可用于設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)接口與終端或外設(shè)之間的連接，以不同的極性的電壓表示邏輯值。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)串口通信模塊主要是與上位機(jī)進(jìn)行通信。單片機(jī)系統(tǒng)將保存在RAM中的數(shù)據(jù)送到上位機(jī)進(jìn)行處理，從而減輕單片機(jī)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。由于單片機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通信時(shí)接口電平不同，因此需要進(jìn)行接口轉(zhuǎn)化，這里采用MAX232芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)接口電平的轉(zhuǎn)化。串行通信是指通信的發(fā)送方和接收方之間數(shù)據(jù)信息的傳輸是在單根數(shù)據(jù)線，以每次一個(gè)二進(jìn)制位移動(dòng)的，他的優(yōu)點(diǎn)是只需一對(duì)傳輸線進(jìn)行傳送信息，因此其成本低，適用于遠(yuǎn)距離通信，他的缺點(diǎn)是傳送速度低，串行通信有異步通行和同步通信兩種基本通信方式，同步通信適用于傳送速度高的情況，其硬件復(fù)雜，而異步通信應(yīng)

50、用于傳送速度在50-19200波特之間，是比較常用的傳送方式，在異步通信中，數(shù)據(jù)是一幀一幀傳送的，每一串行幀的數(shù)據(jù)格式由1位起始位，5-8位數(shù)據(jù)位，1位奇偶校驗(yàn)位（可省略）和1位停止位4部分組成，在串行通信前，發(fā)送方和接收方要約定具體的數(shù)據(jù)格式和波特率（通信協(xié)議）?，F(xiàn)選用其中一路發(fā)送/接收。R1out接AT89C51的RXD，T1in接AT89C51的TXD，T1out接PC機(jī)的RD，R1in接PC機(jī)的TD。因?yàn)镸AX232具有驅(qū)動(dòng)能力，所以不需要外加驅(qū)動(dòng)電路。MAXIM公司的MAX232/MAX232A接收/發(fā)送器是MAXIM公司特別為滿足EIA/TEA2232E的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的，他們?cè)贓IA/TIA2232E標(biāo)準(zhǔn)串行通信接口中日益得到廣泛的應(yīng)用，他們具有功耗低、工作電源為單電源、外接電容僅為0.1F或1F，采用雙列直插封裝形式、接收器輸出為三態(tài)TTL/CMOS等優(yōu)越性，為雙組RS-232接收發(fā)送器，工作電源為+5V，波特率高，其價(jià)格低，可在一般需要串行通信的系統(tǒng)中使用，MAX232外圍需要4個(gè)電解電容，是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容，其取值均為1